Využití teploty vody z podzemí dolů

Myšlenka využít teplotu vody z podzemí dolů vznikla ve Skotsku. Městská aglomerace Glasgow spočívá z 50 % nad starými důlními díly. V nich jsou značné zásoby vody, která má zvýšenou teplotu. Proto vznikla iniciativa, že by se s pomocí tepelných čerpadel tyto zdroje využily k vytápění domů a objektů.

V Glasgow už řadu let existuje praktické provedení, které zásobuje teplem 16 – 17 domů. Strategie využití tepla z podzemní vody pro širokou lokalitu velkoměsta, vznikla ve vědecké organizaci British Geological Survey Scientists a veřejně ji představil pracovník Společnosti pan Diarmid Campbell. [1].

Toto řešení lze svým způsobem aplikovat i v našich poměrech. V článku se uvádí možnost využít teploty vody z podzemní nádrže v Ostravsko-karvinském regionu. Určitá představa o využití zdroje tepla pro vytápění byla navržena v [2, 3].

Návrh jak využít teplotu vody k vytápění v Ostravě

V současné době máme k dispozici přehled, jak je voda z Ostravsko – karvinských dolů svedena do podzemních nádrží obr. 1.

Z půdorysu tvaru hladiny nádrže v úrovni – 370m pak zjistíme, jaká je zástavba na povrchu a podle toho se rozhodne o situování tepelných čerpadel, aby byla co nejblíže objektům. S rostoucí délkou rozvodu tepla klesá účinnost.

Víme, že voda z nádrže je slaná, agresivní a systém tepelného čerpadla by poškodila. Proto ji využijeme jenom k ohřátí výparníku. Teplota vody a chemické složení je uvedeno v tabulce 1.

V roce 2015 se vyčerpalo z retenční nádrže Jeremenko 4 950 466 m³ vody. Ta jde zatím bez užitku do Ostravice a svým složením určitě nepřispívá ke kvalitě vodního toku.

Konduktivita, (vodivost), v jednotkách Siemens na jednotku délky, (m, cm) vyjadřuje obsah iontů v roztoku. Pro pitnou vodu je v rozsahu 5 – 50 µS/m. Voda z retenční nádrže vykazuje konduktivitu mnohonásobně vyšší. Až o 6 řádů.

Mořská voda vykazuje konduktivitu okolo 5 S/m.

Voda z retenční nádrže Jeremenko vykazuje hodnotu vodivosti až 1,5 S/m. Z hlediska vodivosti se blíží úrovní mořské vody.

Množství rozpuštěných anorganických solí (RAS) udává součet všech rozpuštěných anorganických minerálních látek. Používá se k vyjádření celkové mineralizace vody.

Zkratka NL znamená Nerozpuštěné Látky, NEL jsou Nepolární Extrahovatelné Látky, laicky by se dalo říct, že jsou to oleje a mastnota (benzín, nafta) obsažená ve vodě.

Teplota vody v retenční nádrži Jeremenko se pohybuje v rozmezí 24,6 až 26,1^o C. Všechny uvedené vlastnosti vody z retenční nádrže Jeremenko je nutno zohlednit při návrhu výparníku v antikorozním provedení.

Na obr. 2 je uvedeno, jak se čerpá voda z retenční nádrže.

Doposud se voda z retenční nádrže odvádí do Ostravice.

V příspěvku se navrhuje přivést teplou vodu z podzemí k výparníku a po jejím ochlazení v nádrži kolem výparníku se chladná voda odvede do povrchové vodoteče. Pak se proces výměny vody opakuje. Celý děj bude automatizován na principu teploty. Když poklesne teplota v nádrži kolem výparníku, odpustí se vypočtená zásoba vody z nádrže kolem výparníku, uvede se do činnosti čerpadlo výtlačného potrubí, a otevře přívod teplé vody do nádrže výparníku. Po doplnění nádrže kolem výparníku teplou vodou se proces čerpání vody přeruší a odčerpává se jen zásoba vody v retenční nádrži potřebná k udržení stanovené hladiny.

Tímto uspořádáním, kdy je možno využít teploty vody z podzemí, se zvýší účinnost tepelného čerpadla, dle obr. 3.

Běžně se pro instalaci tepelného čerpadla v systému teplé vody musí zřídit hlubinný vrt, nebo zemní výkop pro položení potrubí k ohřevu vody. Taková investice v dané situaci odpadá.

Způsob uvedený v článku, na příkladu jámy Jeremenko, by bylo možné aplikovat i v jiných oblastech Ostravsko-karvinského revíru.

Podle obr. 1, měly být ponornými čerpadly vybaveny i Přívoz jáma 00-2, Hlubina jáma 2, Heřmanice jáma 3. Bohužel tento záměr se neuskutečnil. Uvedené 3 jámy jsou likvidovány. Jejich obnova pro čerpání je vyloučena.

Námět zřídit v oblastech s možným využitím teplé vody z podzemí hlubinný vrt pro čerpání teplé vody je finančně náročný.

1m vrtu, by mohl dosáhnout částky 1 800 až 3 000 Kč. [7]. Pro vrt hluboký 600m tedy až 1,8 mil. Kč.

Po zjištění geologických podmínek v oblasti by se pak ekonomická bilance upřesnila. Z kalkulátoru pro tepelné čerpadlo se dá zjistit, že pro vytápění plochy 3 000 m², v situaci jámy Jeremenko by pořizovací náklady činily 3 135 634 Kč. [8].

Pokud by se zřizoval hlubinný vrt, dosáhly by náklady 4,9 mil. Kč.

Nezanedbatelným a mimořádně významným přínosem návrhu je okolnost, že tímto řešením nevzniknou pro vytápění objektů žádné polutanty. Přínos pro zkvalitnění ovzduší a ochrany zdraví obyvatelstva je nevyčíslitelný.

Zvýšení účinnosti tepelného čerpadla podle obr. 4, jako poměr rozdílu 450 ku 10 pro běžné uspořádání, nebo 450 ku 120, s využitím teplé vody z retenční nádrže. Dostaneme poměr p=(45-1)/(45-12)=1,3.

Teoreticky by se účinnost tepelného čerpadla s využitím teplé vody z podzemí dolů, mohla zvýšit 1,3 krát, oproti klasickému provedení.

 

Literatura:

[1] http://www.thenakedscientists.com/HTML/content/interviews/interview/2231/ [cit. 10. 09. 2012].

[2] Cibulcová, A.: Analýza využití starých důlních děl se zřetelem k Ostravské aglomeraci. Teze doktorské disertační práce VŠB – TU Ostrava 2015.

[3] Trčková, H.: Hodnocení škod na životní prostředí při těžbě a využití nerostných surovin. Doktorská disertační práce, VŠB – TU, Ostrava 2015.

[4] Některé poznatky ze studie hydrogeologických propojení mezi ostravskou a oderskou částí zatápěné ostravské dílčí pánve [online]. www. slon.diamo.cz, [cit.2015-01-27]. Dostupný na www: http://slon.diamo.cz/hpvt/2003/sekce_z/PZ08%20P.htm.

[5] Interní materiály poskytnuté st. p. Diamo.

[6] http://heatpumps.co.uk/heatpumpcalculator.html [cit. 02. 05. 2016].

[7] http://home.costhelper.com/well-drilling.html [cit. 02. 05. 2016].

[8] http://www.mastertherm.cz/kalkulacka-uspor [cit. 02. 05. 2016].